EVAL_7116G_100V_SSO8評估板：助力功率電子系統(tǒng)設(shè)計

在功率電子系統(tǒng)的設(shè)計和開發(fā)過程中，評估板是工程師們驗證和測試關(guān)鍵組件性能的重要工具。今天，我們就來詳細探討一下Infineon Technologies推出的EVAL_7116G_100V_SSO8通用半橋評估板。

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評估板概述

EVAL_7116G_100V_SSO8評估板旨在展示OptiMOS? 6 ISC022N10NM6 MOSFET與TDI EiceDRIVER? 1EDN7116G柵極驅(qū)動器在半橋配置中的性能。它提供了優(yōu)化的波形測量點和其他特性，方便在實驗室環(huán)境中使用。該評估板適用于對評估OptiMOS? 6 MOSFET和TDI EiceDRIVER? 1EDN7116G柵極驅(qū)動器性能感興趣的功率電子工程師、技術(shù)人員和開發(fā)人員。

重要注意事項

在使用評估板之前，我們需要明確一些重要信息。評估板僅用于評估和測試目的，并非商業(yè)化產(chǎn)品，不適合用于可靠性測試或生產(chǎn)。它可能不符合CE或類似標準，客戶需要確保其使用方式符合所在國家的相關(guān)要求和標準。此外，評估板的設(shè)計僅在典型負載條件下進行了功能測試，在安全要求、整個工作溫度范圍或壽命方面并未經(jīng)過全面驗證。

安全預(yù)防措施

使用評估板時，安全至關(guān)重要。以下是一些關(guān)鍵的安全注意事項：

• 斷電操作：在斷開或重新連接電線、進行維護工作之前，務(wù)必先移除或斷開驅(qū)動器的電源，并等待五分鐘讓總線電容器放電至零，否則可能導(dǎo)致人身傷害或死亡。
• 熱管理：評估板的散熱器和設(shè)備表面在測試過程中可能會變熱，處理時需采取必要的預(yù)防措施，以免受傷。
• 專業(yè)人員操作：只有熟悉驅(qū)動器、功率電子和相關(guān)機械的人員才能對系統(tǒng)進行規(guī)劃、安裝、調(diào)試和維護，否則可能導(dǎo)致人身傷害和/或設(shè)備損壞。
• 靜電防護：評估板包含對靜電放電（ESD）敏感的部件和組件，安裝、測試、維護或修理時需要采取靜電控制措施，否則可能導(dǎo)致組件損壞。
• 包裝材料處理：評估板發(fā)貨時帶有包裝材料，安裝前需移除所有不必要的包裝材料，否則可能導(dǎo)致過熱或異常運行。

評估板特性

外觀與功能模塊

評估板的主要部分由半橋拓撲中的高端和低端FET組成，由兩個TDI EiceDRIVER? 1EDN7116G柵極驅(qū)動器驅(qū)動。它可以通過兩個PWM輸入信號直接控制，也可以利用板載死區(qū)時間生成電路在只有一個PWM信號可用時生成第二個PWM信號。板上沒有組裝功率電感器，但提供了兩個大焊盤，可焊接任何類型的功率電感器。此外，板上還組裝了輸入和輸出電容器，為大多數(shù)工作條件提供足夠的電容。

主要特性亮點

• 優(yōu)化布局：確保了良好的電氣性能和信號完整性。
• 多種PWM輸入選項：包括雙5V邏輯輸入、雙3.3V邏輯輸入（需重新調(diào)整）、雙5V高阻抗終止邏輯輸入和單高端5V邏輯輸入搭配板載死區(qū)時間生成器等多種選擇，滿足不同的應(yīng)用需求。
• 板載死區(qū)時間生成：可以通過R5和R6微調(diào)電阻確定死區(qū)時間，最大可達約100ns/邊，但建議從10ns/邊左右開始設(shè)置。
• 板載溫度傳感：方便監(jiān)測評估板的溫度變化。
• 多種散熱器組裝選項：可以安裝在PCB底部進行底部冷卻，也可以安裝在晶體管頂部進行雙面冷卻。
• 優(yōu)化的測量點：便于進行各種電氣參數(shù)的測量。

技術(shù)參數(shù)

系統(tǒng)功能描述

PWM輸入選項

評估板提供了多種PWM輸入選項，以滿足不同的控制需求：

• 雙5V邏輯輸入（50Ω端接SMA）：使用雙通道臺式函數(shù)/波形發(fā)生器提供高端和低端PWM信號時，最方便的方式是通過PWM HS和PWM LS SMA連接器連接。
• 單高端5V邏輯輸入（板載死區(qū)時間生成器）：從波形發(fā)生器連接一個5V邏輯和50Ω端接的單高端PWM信號，第二個PWM信號可以通過板載死區(qū)時間生成電路生成。
• 雙5V高阻抗終止邏輯輸入：可以直接在J1接頭處提供雙PWM信號，但需要配置信號源以驅(qū)動高阻抗負載。

散熱器安裝選項

評估板配備的散熱器帶有預(yù)安裝的t - Global TG - A1780熱界面材料（TIM）墊，也可以使用其他推薦的TIM墊，如TG - A1660、TG - A1450或TG - A1250。散熱器可以安裝在PCB底部或晶體管頂部，安裝時需先移除塑料保護膠帶，然后將散熱器放置在所需位置，并同時均勻壓縮兩個彈簧銷。

電感器安裝

評估板沒有預(yù)裝功率電感器，但提供了兩個大焊盤，可靈活選擇焊接不同類型的功率電感器，例如Coilcraft的SER2918H和Vishay的IHLP8787。

TDI EiceDRIVER? 1EDN7116G柵極驅(qū)動器

TDI EiceDRIVER? 1EDN7116G是一款單通道高端和低端柵極驅(qū)動器IC，兼容GaN SG HEMT和硅MOSFET。它具有真正的差分輸入（TDI）、四種驅(qū)動強度選項、有源米勒鉗位、自舉電壓鉗位和可調(diào)電荷泵等關(guān)鍵特性，可提供負關(guān)斷狀態(tài)電壓。在評估板中，電荷泵設(shè)置為提供 -1V的VOFF電壓，通過安裝3.3KΩ的調(diào)整電阻實現(xiàn)。

OptiMOS? 6 100V ISC022N10NM6 MOSFET

ISC022N10NM6 OptiMOS? 6 100V MOSFET采用了英飛凌專有的新型針狀溝槽技術(shù)，實現(xiàn)了更高的功率密度、效率和堅固性。與上一代OptiMOS? 5 MOSFET相比，在導(dǎo)通電阻（RDS(on)）方面提高了約20%，品質(zhì)因數(shù)（FOM - RDS(on) x Qg和Qgd）提高了30%。

RC緩沖電路

評估板上提供了可選的RC緩沖電路，用于抑制開關(guān)過渡期間由于寄生電感和電容產(chǎn)生的振蕩和電壓尖峰。緩沖電路由串聯(lián)和并聯(lián)在FET上的電阻和電容組成，但使用緩沖電路會導(dǎo)致系統(tǒng)效率略有下降，需要在性能和效率之間進行權(quán)衡。

操作模式

評估板支持多種操作模式，包括降壓轉(zhuǎn)換器測試設(shè)置、升壓轉(zhuǎn)換器測試設(shè)置和雙脈沖測試設(shè)置：

• 降壓轉(zhuǎn)換器測試設(shè)置：適用于性能表征和波形測量，特別是在測量低端開關(guān)軟開關(guān)時的柵極和漏極電壓波形。
• 升壓轉(zhuǎn)換器測試設(shè)置：通過反向連接VIN和Vout，并在Vout端提供電壓源，在VIN端連接直流負載，可以將評估板配置為升壓轉(zhuǎn)換器。該模式適用于測量低端開關(guān)硬開關(guān)時的柵極和漏極電壓波形。
• 雙脈沖測試設(shè)置：包括降壓模式和升壓模式雙脈沖測試。降壓模式雙脈沖測試可捕獲軟開關(guān)電壓波形，升壓模式雙脈沖測試可捕獲硬開關(guān)電壓波形。在測試過程中，需要使用高電感值的電感器，并通過跳線設(shè)置確保安全。

測量選項

評估板提供了多種測量選項，方便進行各種電氣參數(shù)的測量：

• 直流電壓測量：通過方便的螺絲端子插頭，可以測量輸入和輸出電壓，支持25倍衰減或不衰減，適用于數(shù)字萬用表、數(shù)據(jù)記錄器或外部控制器。
• 低端單端電壓測量：可以使用任何具有合適帶寬和連接性的無源探頭測量OptiMOS? 6 MOSFET的低端電壓波形。推薦使用帶寬至少為1GHz的探頭，如Tektronix的TPP1000和PMK的MMCX - A1025探頭。
• 高端差分電壓測量：由于高端電壓波形測量涉及極高的dV/dt和dI/dt，建議使用高帶寬的光學(xué)隔離探頭系統(tǒng)，如Tektronix的isoVu系統(tǒng)或PMK的FireFly系列。
• 溫度測量：評估板配備了板載PCB溫度傳感器，但建議使用接觸式熱電偶或紅外熱成像相機來測量OptiMOS? 6 MOSFET和功率電感器的溫度。使用熱成像相機時，建議在目標表面涂上啞光漆以確保發(fā)射率一致。

重新調(diào)整選項

評估板還提供了一些重新調(diào)整選項，以滿足不同的應(yīng)用需求：

• TDI電阻調(diào)整（3.3V PWM輸入）：為了使用3.3V邏輯輸入，需要將輸入電阻從75kΩ降低到47kΩ?？梢酝ㄟ^焊接0Ω電阻或焊接橋接四個以byp結(jié)尾的位置來繞過28kΩ電阻。
• PWM輸入交叉連接（重疊保護）：默認情況下，輸入PWM信號可以重疊以實現(xiàn)短死區(qū)時間。通過交叉連接?xùn)艠O驅(qū)動器之間的IN +和IN -信號，可以啟用重疊保護。

系統(tǒng)設(shè)計

原理圖和布局

評估板的原理圖和布局經(jīng)過精心設(shè)計，以確保良好的電氣性能和信號完整性。原理圖展示了各個組件之間的連接關(guān)系，布局則考慮了散熱、電磁兼容性等因素。

物料清單

文檔中提供了詳細的物料清單，包括各個組件的參考設(shè)計號、描述、制造商、制造商零件號和是否安裝等信息，方便工程師進行采購和替換。

連接器細節(jié)

評估板上的連接器具有不同的功能，如柵極驅(qū)動器電源、輸入和輸出電壓測量、溫度測量、PWM輸入等。了解連接器的細節(jié)有助于正確連接外部設(shè)備和進行測量。

系統(tǒng)性能

測試點

評估板提供了多個測試點，包括低端漏源電壓（VDS_LS）、高端漏源電壓（VDS_HS）、低端柵源電壓（VGS_LS）和高端柵源電壓（VGS_HS），方便進行實驗室測量和表征。

測試結(jié)果

通過在不同測試設(shè)置模式和條件下進行測試，得到了一些有用的測試結(jié)果：

• 開關(guān)波形：在降壓和升壓模式下，觀察到了開關(guān)節(jié)點的振鈴和過沖現(xiàn)象。使用不同的功率電感器和工作頻率會對開關(guān)波形產(chǎn)生影響。
• 效率測量：比較了使用不同電感值的電感器時評估板的效率。在較低開關(guān)頻率下，較大的電感器由于較低的電感紋波和開關(guān)損耗，可實現(xiàn)相對較高的效率。但在較高開關(guān)頻率下，兩種電感器的電流紋波和損耗幾乎相似。
• 熱成像：熱成像結(jié)果顯示，在400kHz開關(guān)頻率下，由于開關(guān)頻率增加導(dǎo)致的開關(guān)損耗增加，HS MOSFET的溫度較高。在200kHz時，較小的電感器由于較高的損耗導(dǎo)致溫度較高。
• RC緩沖電路測量：使用RC緩沖電路可以有效抑制開關(guān)過渡期間的振鈴和電壓尖峰，但會導(dǎo)致系統(tǒng)效率略有下降。需要根據(jù)具體應(yīng)用需求權(quán)衡是否使用緩沖電路以及選擇合適的緩沖電路參數(shù)。

總結(jié)

EVAL_7116G_100V_SSO8評估板為工程師們提供了一個全面的平臺，用于評估OptiMOS? 6 MOSFET和TDI EiceDRIVER? 1EDN7116G柵極驅(qū)動器在半橋配置中的性能。它具有多種特性和功能，支持多種操作模式和測量選項，方便工程師進行各種測試和驗證。在使用評估板時，需要注意安全預(yù)防措施和重要注意事項，根據(jù)具體應(yīng)用需求進行合理的配置和調(diào)整。希望這篇文章能對大家在功率電子系統(tǒng)設(shè)計和開發(fā)過程中有所幫助。你在使用類似評估板的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和見解。